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慢病毒
图1:慢病毒作用机制(来源和元生物)
慢病毒的英文是Lentivirus,它的命名有两层意思,一方面Lenti-在拉丁文中有慢的意思;另一方面慢病毒感染患者早期很难观察,大多都会经历一个长达数年的潜伏期,之后会缓慢发病,因此这些病原微生物被称之为慢病毒。它是逆转录病毒科下的一个属,其主要包括8种能够感染人和脊椎动物的病毒,原发感染的细胞以巨噬细胞和淋巴细胞为主,最终导致感染个体发病。慢病毒的基因组都很复杂,编码一系列不同于其他逆转录病毒的调控蛋白,这使得它们具有独特的调控途径和病毒持久性机制。
逆转录病毒家族包括致癌病毒(RNA肿瘤病毒)、狼疮病毒以及慢病毒,这三个子家族的成员都能感染人类。慢病毒通常与免疫系统和中枢神经系统的慢性疾病有关,如人类免疫缺陷病毒(HIV)会导致艾滋病,HTLV和HIV会导致神经障碍。
1904年第一个慢病毒被分离出来的,它是从一匹得了溶血性贫血的马中得到,所以被命名为马传染性贫血病毒(EIAV)。从那时起,相关的慢病毒陆续从其他的物种中被分离,如猴免疫缺陷病毒(SIV)、猫免疫缺陷病毒(FIV)、山羊关节炎脑炎病毒(CAEV)以及灵长类免疫缺陷病毒(SIV)等。
慢病毒常规应用
慢病毒载体能够有效地感染培养的肿瘤细胞、肝细胞、心肌细胞、神经元、内皮细胞、干细胞等多种类型原代细胞和大部分细胞系。
慢病毒的感染具有整合特性,能够将外源基因有效地整合到宿主染色体上,因而可以达到持久性表达,从而构建稳转细胞株,体外进行细胞功能学实验,包括细胞增殖、侵袭、迁移、凋亡等研究。稳定表达目的基因的肿瘤细胞株还可以进一步构建肿瘤动物模型,进行体内基因功能验证,药效药代,活体成像等检测,进一步研究体内肿瘤发生、发展和转移及药物治疗的效果。
常见MOI列表
细胞名 | 中文名称 | 慢病毒感染MOI |
MGC80-3 | 人胃癌细胞 | 10 |
HT-29 | 人结肠癌细胞 | 20 |
RKO | 人结肠腺癌细胞 | 10 |
Caki-1 | 人肾透明细胞癌皮肤转移细胞 | 10 |
5637 | 人膀胱癌细胞 | 10 |
U-118 MG | 人脑星形胶质母细胞瘤 | 10 |
RWPE-1 | 人正常前列腺上皮细胞 | 20 |
HeLa | 人宫颈癌细胞 | 10~20 |
Ca Ski | 人宫颈癌肠转移细胞 | 10 |
MCF7 [MCF-7] | 人乳腺癌细胞 | 10 |
A549 | 人非小细胞肺癌细胞 | 10 |
NCI-H1299 | 人非小细胞肺癌细胞 | 20 |
U-87 MG | 人脑星形胶质母细胞瘤 | 10 |
U251 | 人胶质瘤细胞 | 10 |
A172 | 人胶质母细胞瘤细胞 | 10 |
K-562 | 人慢性髓原白血病细胞 | 10 |
HL-60 | 人原髓细胞白血病细胞 | 10 |
GES-1 | 人胃上皮细胞 | 20 |
U266 | 人骨髓瘤细胞 | 20 |
CAL 27 | 人舌鳞癌细胞 | 20 |
PC9 | 人肺癌细胞 | 5 |
PC14 | 人肺癌细胞 | 10 |
MADB-106 | 大鼠乳腺癌细胞 | 20 |
F98 | 大鼠脑胶质瘤细胞 | 20 |
MHCC-97H | 人肝癌细胞(高转移) | 10~20 |
MOI 是multiplicity of infection 的缩写,即感染复数,其含义是感染时病毒与细胞的数量比值,一般以实验中某个细胞,感染达到80%,定义为这个细胞的MOI值,即病毒量与细胞数的比值;加的病毒量(μl)=细胞数×MOI/滴度(…/ml) ×1000(注:本段内容选自和元生物管网)
慢病毒的理化性质
慢病毒虽然属于逆转录病毒科的一种,但其结构和基因组的复杂程度远超其他逆转录病毒。这也使得慢病毒具有独特的整合机制和病毒感染持久性。
慢病毒整体大小约100nm,在病毒载体中属于体积较大类型。其包装容量一般在4.5-5kb左右,能够满足一般的细胞治疗需求。
慢病毒检测方法
在293T细胞株中对纯化的慢病毒进行滴度测定,常用有4种方法进行慢病毒滴度测定,分别是:
➤通过ELISA对病毒颗粒中的p24蛋白进行检测;
➤通过定量PCR对病毒颗粒的RNA进行检查;
➤通过定量PCR对整合到基因组DNA中的病毒序列进行检测;
➤通过FACS对荧光蛋白的表达水平进行检测。
但前两种方法并不能区分病毒颗粒是否有活性,因此测定所得的滴度往往比后两种方法高一至两个数量级。后两种方法测定的是有效的病毒滴度,因此更有意义。由于并非所有的病毒载体中都含有荧光蛋白,此外,荧光蛋白的表达有时候还受启动子及表达的目的基因影响,因此过定量PCR对整合到基因组DNA中的病毒序列进行检测是最佳方法。
慢病毒下游工艺解决方案
1.澄清的病毒溶液经核酸酶孵育,核酸酶将宿主细胞核酸将降解成小片段,且降低粘度。
2.核酸酶处理后的病毒溶液用300-750KD的膜组件进行切向流过滤伴随置换缓冲液,调整病毒粒子的浓度且使病毒溶液适用于下游分离纯化。
3.澄清好的病毒溶液用高刚性琼脂糖微球阴离子交换介质Q Large Scale HP吸附洗脱模式纯化并浓缩。
4.经阴离子交换(Q Large Scale HP)纯化后病毒溶液在用Seplife Suncore 700多模式层析介质进行粗纯,小于700KD的痕量HCP,HCD等物质进入多模式介质的活性内核区域,和介质以静电力,疏水作用,范德华力等结合,而慢病毒由于分子尺寸大,被排阻在介质的惰性层以外流穿而过,从而实现分离。同时也可用凝胶过滤层析Seplife 4FF流穿模式去除痕量的杂质。
5.层析纯化后,在经超滤过程调整病毒粒子浓度及置换后续工序适合的缓冲液。
6.最后用0.22um的膜组件除菌过滤。更多关于慢病毒下游工艺解决方案的信息请联系苏州蓝晓生物。
图:壳层技术多模式层析介质结构示意图(蓝晓科技)
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注意事项:
每一步工序后,在开始下一步工序都要考虑病毒粒子浓度及缓冲液体系的匹配性,必要的情况下都要进行超滤过程调整病毒粒子浓度及置换缓冲液。
层析过程中,体系pH7.0-9.0更利于HCP和多模式及阴离子交换介质的结合。
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